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Las nanopartículas de plata mejorar la eficiencia de células solares

Published on October 7, 2009 at 9:56 AM

Investigadores de la Ohio State University están experimentando con polímeros semiconductores que absorben la energía del sol y generar electricidad. El objetivo: más ligero, más barato y más flexible que las células solares.

Ahora han descubierto que la adición de pequeños trozos de plata al plástico aumenta la generación de los materiales de corriente eléctrica.

Paul Berger, profesor de ingeniería eléctrica e informática y profesor de física en la Ohio State, dirigió el equipo que informó sobre los resultados en línea en la revista Materiales de Energía Solar y células solares.

Berger y su equipo midieron la cantidad de luz absorbida y la densidad de corriente - la cantidad de corriente eléctrica generada por centímetro cuadrado - generada por un experimental de células solares de polímeros, con y sin plata nano-partículas.

Sin plata, el material generado 6,2 mili-amperios por centímetro cuadrado. Con plata, generó 7,0 - un aumento de casi el 12 por ciento.

Las partículas de plata ayudar a que el polímero capturar una amplia gama de longitudes de onda de la luz del sol que normalmente sería posible, que a su vez aumenta la corriente de salida, explicó Berger.

Agregó que con trabajo adicional, esta tecnología podría recorrer un largo camino hacia la fabricación de células solares de polímeros comercialmente viable.

"La absorción de la luz de las células solares de polímeros es insuficiente hoy", dijo. "Los materiales de alto rendimiento tienen una eficiencia global de alrededor del 5 por ciento. Incluso con el costo de producción relativamente bajos de los polímeros en comparación con otros materiales para células solares, todavía tendría que impulsar que la eficiencia de al menos el 10 por ciento, a su vez un beneficio. Una manera de hacerlo sería la de ampliar la gama de longitudes de onda que absorben. Polímeros actuales sólo absorben una pequeña porción de la luz solar incidente. "

La nueva técnica de fabricación consiste en encerrar cada partícula de plata en una capa ultra-delgada de polímero - un polímero diferente al polímero que absorbe la luz que constituye la célula solar - antes de depositarlos por debajo de los polímeros que absorben la luz, el recubrimiento impide la plata las partículas se agrupen, sino que también les permite auto-ensamblan para formar un patrón de mosaico denso y regular que Berger cree que es clave para mejorar la absorción de la luz.

A pesar de que las partículas de plata permite que el material para producir un 12 por ciento más corriente eléctrica, que la mejora no se traducen directamente en un aumento del 12 por ciento en la eficiencia global de células solares. La eficiencia de muchos factores efecto, la energía y algunos se pueden perder.

Sin embargo, las nanopartículas de plata podrían aumentar la eficiencia global de casi cualquier tipo de célula solar - los hechos de polímeros u otros materiales semiconductores. Berger y sus colegas ahora están estudiando otras formulaciones de nanopartículas que aumentaría aún más ese número.

"Al cambiar la capa orgánica, se podría cambiar el espaciado de las partículas y modificar el tamaño de cada partícula. Mediante el ajuste del patrón de mosaico, que podría mover la mayor absorción a longitudes de onda diferentes, y así conseguir aún más de una mejora. Creo que podemos obtener varios puntos porcentuales más ", dijo.

El polímero semiconductor captura más luz porque el metal nanopartículas absorben la luz que normalmente se perdería. Esta energía extra de luz excita los electrones en las partículas de metal, creando ondas de electrones llamadas plasmones - una cruz entre el plasma y los fotones. Los plasmones danza a través de la superficie, el depósito de energía dentro de la célula solar que de otra forma se perderían.

Los investigadores han estado buscando una manera de generar plasmones en las células solares sin aumentar la dificultad y el coste de fabricación. Teniendo en cuenta que su técnica utiliza equipos de fabricación simple a temperatura ambiente, y dado que las partículas de plata se auto-ensamblan basa únicamente en la química del recubrimiento, Berger cree que cualquier laboratorio podría fácilmente hacer uso de este hallazgo.

"No sólo semanas buscan una mayor eficiencia, sino también reducir los costos también", agregó.
Sus co-autores del artículo incluyen a los estudiantes Woo-Jun Yoon, que está llevando a cabo este trabajo para su doctorado, Fernando Teixeira, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, y Liu Jiwen, Durasisamy Thirumalai, Revur Rao, y Sengupa Suvankar - Todos los socios de MetaMateria, LLC, antes de Columbus, Ohio, que revestido de plata nano-partículas de polímero.

Este trabajo fue financiado por el Centro Wright para la Innovación y Comercialización de la energía fotovoltaica, y el Instituto de Investigación de Materiales de la Ohio State.

Last Update: 24. October 2011 19:18

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